樹脂塞孔是什么？PCB為什么要采用樹脂塞孔？

1、前言:

樹脂塞孔的工藝流程近年來在PCB產(chǎn)業(yè)里面的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在一些層數(shù)高，板子厚度較大的產(chǎn)品上面更是備受青睞。人們希望使用樹脂塞孔來解決一系列使用綠油塞孔或者壓合填樹脂所不能解決的問題。然而，因?yàn)檫@種工藝所使用的樹脂本身的特性的緣故，在制作上需要克服許多的困難，方能取得良好的樹脂塞孔產(chǎn)品的品質(zhì)。

2、樹脂塞孔的由來：

2. 1電子芯片的發(fā)展

隨著電子產(chǎn)品技術(shù)的不斷更新，電子芯片的結(jié)構(gòu)和安裝方式也在不斷的改善和變革。其發(fā)展基本上是從具有插件腳的零部件發(fā)展到了采用球型矩陣排布焊點(diǎn)的高度密集集成電路模塊。從下圖可以看到零部件的發(fā)展歷程：

最早的CPU

286CPU(插件腳)

奔騰系列CPU(插件腳)

球型排列的雙核CPU

服務(wù)器CPU

2. 2 兩個(gè)人的相遇成就了樹脂塞孔技術(shù)

在PCB產(chǎn)業(yè)里邊，許多的工藝方法都已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)被廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)于某一些工藝方法的由來基本上都已經(jīng)不太關(guān)心。其實(shí)早在球型矩陣排列的電子芯片剛上市的時(shí)候，人們一直在為這種小型的芯片貼裝元器件出謀劃策，期望能從構(gòu)造上縮小其成品的尺寸。

20世紀(jì)90年代，日本某公司開發(fā)了一種樹脂，直接將孔塞住，然后在表面鍍銅，主要是為了解決綠油塞孔容易出現(xiàn)的空內(nèi)吹氣的問題。因特爾將此種工藝應(yīng)用到因特爾的電子產(chǎn)品中，誕生了所謂的POFV (部分廠也叫Via on pad)工藝。

3. 樹脂塞孔的應(yīng)用：

當(dāng)前，樹脂塞孔的工藝主要應(yīng)用于下列的幾種產(chǎn)品中：

3. 1 POFV技術(shù)的樹脂塞孔

3.1.1技術(shù)原理

A. 利用樹脂將導(dǎo)通孔塞住，然后在孔表面進(jìn)行鍍銅。

如下圖：

B. 切片實(shí)例：

3.1.2 POFV技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

縮小孔與孔間距，減小板的面積，

解決導(dǎo)線與布線的問題，提高布線密度。

3．2 內(nèi)層HDI樹脂塞孔

3.2.1技術(shù)原理

使用樹脂將內(nèi)層HDI的埋孔塞住，然后在進(jìn)行壓合。這種工藝平衡了壓合的介質(zhì)層厚度控制與內(nèi)層HDI埋孔填膠設(shè)計(jì)之間的矛盾。

如果內(nèi)層HDI埋孔沒有被樹脂填滿，在過熱沖擊時(shí)板子會(huì)出現(xiàn)爆板的問題而直接報(bào)廢；

如果不采用樹脂塞孔，則需要多張PP進(jìn)行壓合以滿足填膠的需求，可是如此一來，層與層之間的介質(zhì)層厚度會(huì)因?yàn)镻P片的增加而導(dǎo)致厚度偏厚。

3.2.2例圖

3.2.3內(nèi)層HDI樹脂塞孔的應(yīng)用

? 內(nèi)層HDI樹脂塞孔廣泛的被應(yīng)用于HDI的產(chǎn)品中，以滿足HDI產(chǎn)品薄介質(zhì)層需求的設(shè)計(jì)要求； ? 對(duì)于內(nèi)層HDI有埋孔設(shè)計(jì)的盲埋孔產(chǎn)品，因?yàn)橹虚g結(jié)合的介質(zhì)設(shè)計(jì)偏薄，往往也需要增加內(nèi)層HDI樹脂塞孔的流程。 ? 部分盲孔產(chǎn)品因?yàn)槊た讓拥暮穸却笥?.5mm，壓合填膠不能把盲孔填滿，也需要進(jìn)行樹脂塞孔將盲孔填滿，避免后續(xù)流程中盲孔出現(xiàn)孔無銅的問題。

3.3 通孔樹脂塞孔

在部分的3G產(chǎn)品中，因?yàn)榘遄拥暮穸冗_(dá)到3.2mm以上，人們?yōu)榱嘶蛘咛岣弋a(chǎn)品的可靠性問題，或者為了改善綠油塞孔帶來的可靠性問題，在成本的允許下，也采用樹脂將通孔塞住。這是近段時(shí)間以來樹脂塞孔工藝得以推廣的一大產(chǎn)品類別。

4. 樹脂塞孔的工藝制作方法：

4.1 制作流程

以上介紹的3種類型的樹脂塞孔具有不同的流程，分別如下：

4.1.1 POFV類型的產(chǎn)品（不同工廠的設(shè)備不一樣走的流程也不一樣）

1、開料à鉆孔→PTH/電鍍→塞孔→烘烤→研磨→PTH/電鍍→外層線路→防焊→表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

2、開料à鉆孔à沉銅à板電à板電（加厚銅）à樹脂塞孔à打磨à鉆通孔à沉銅à板電à外層圖形à圖形電鍍à蝕刻à阻焊à表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

4.1.2內(nèi)層HDI樹脂塞孔類型產(chǎn)品(兩種流程：研磨與不研磨兩種)

研磨流程：

1、開料à埋孔內(nèi)層圖形àAOIà壓合à鉆孔→PTH/電鍍→塞孔→烘烤→研磨→內(nèi)層線路→棕化→壓合→鉆孔（激光鉆孔/機(jī)械鉆孔）→PTH/電鍍→外層線路à防焊à表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

2、開料à埋孔內(nèi)層圖形àAOIà壓合à鉆孔à沉銅à板電à板電（加厚銅）à樹脂塞孔à打磨à內(nèi)層圖形àAOIà壓合à鉆通孔à沉銅à板電à外層圖形à圖形電鍍à蝕刻à阻焊à表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

不需研磨：開料à埋孔內(nèi)層圖形àAOIà壓合à鉆孔→PTH/電鍍→內(nèi)層線路→棕化→塞孔→壓平→烘烤→壓合→鉆孔（激光鉆孔/機(jī)械鉆孔）→PTH/電鍍→外層線路→à阻焊à表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

4.1.3外層通孔樹脂塞孔類型

1、開料à鉆孔→PTH/電鍍→塞孔→烘烤→研磨→烘烤→外層線路→防焊→表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

2、開料à鉆孔à沉銅à板電à板電（加厚銅）à樹脂塞孔à烘烤→研磨→烘烤à外層圖形à圖形電鍍à蝕刻à阻焊à表面處理à成型à電測(cè)àFQCà出貨

4.2 流程中特別的地方

從以上流程中，我們明顯發(fā)現(xiàn)流程有所不同。一般我們的理解是，“樹脂塞孔”以后緊接著就是“鉆通孔和沉銅板電”流程的產(chǎn)品，我們都認(rèn)為是POFV的產(chǎn)品；如果“樹脂塞孔”以后緊接著的流程是“內(nèi)層圖形”，則我們認(rèn)為是內(nèi)層HDI樹脂塞孔產(chǎn)品；如果“樹脂塞孔”以后緊接著的流程是“外層圖形”；

以上不同種類的產(chǎn)品在流程上是有嚴(yán)格界定的，不能走錯(cuò)流程；科鼎化工針對(duì)以上三種流程的特性研發(fā)出三種不同的油墨，TP-2900STP-2900TP-2900C這三款油墨對(duì)應(yīng)以上三種流程。

4.3 流程的改進(jìn)

對(duì)于采用樹脂塞孔的產(chǎn)品，為了改善產(chǎn)品的品質(zhì)，人們也在不斷的進(jìn)行流程的調(diào)整來簡(jiǎn)化他的生產(chǎn)流程，提高其生產(chǎn)的良率；

尤其是對(duì)于內(nèi)層HDI塞孔的產(chǎn)品，為了降低打磨之后內(nèi)層線路開路的報(bào)廢率，人們采用了線路之后再塞孔的工藝流程進(jìn)行制作，先完成內(nèi)層線路制作，樹脂塞孔后對(duì)樹脂進(jìn)行預(yù)固化，然后利用壓合階段的高溫對(duì)樹脂進(jìn)行固化。

在最開始的時(shí)候，對(duì)于內(nèi)層HDI塞孔，人們使用的是UV預(yù)固+熱固型的油墨，目前更多的時(shí)候直接選用了熱固性的樹脂，比較有效的提高了內(nèi)層HDI樹脂塞孔的熱性能。

4.4 樹脂塞孔的工藝方法

4.4.1 樹脂塞孔使用的油墨

目前市場(chǎng)上使用于樹脂塞孔工藝的油墨的種類也有很多。常見常用的有山榮（San-Ei ）,科鼎化工（kotti）等供應(yīng)商的品牌。

4.4.2 樹脂塞孔的工藝條件

樹脂塞孔的孔動(dòng)則上萬個(gè)，而且要保證不能有一個(gè)孔不飽滿。這種萬分之一的缺陷就會(huì)導(dǎo)致報(bào)廢的幾率，必然要求在工藝上進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎己鸵?guī)范。

良好的塞孔設(shè)備是必然的要求。目前使用于樹脂塞孔的絲印機(jī)可以分為兩大類，即真空塞孔機(jī)和非真空塞孔機(jī)。

圖例：

4.4.3 普通絲印機(jī)的塞孔工藝

絲印機(jī)的選擇著重要考慮最大的氣缸壓力，抬網(wǎng)方式，刀架的平穩(wěn)性以及水平度等；

絲印的刮刀需要使用2CM厚度，70-80度硬度的刮刀，當(dāng)然，一定要具備耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的特性；

絲印的網(wǎng)版選擇可以選擇絲網(wǎng)，也可以選擇鋁片；所要控制的是根據(jù)塞孔工藝條件的要求，選擇合適的絲網(wǎng)目數(shù)以及針對(duì)孔徑的開窗大??；

樹脂塞孔所用的墊板有多種講究，但是往往被工程師所忽略。墊板不僅起到導(dǎo)氣的作用，還起著支撐的作用。對(duì)于密集孔的區(qū)域，我們把墊板鉆完了以后，整個(gè)區(qū)域都是空的，在這一位置，墊板出現(xiàn)弓起或形變，對(duì)于板的支撐力最差，這樣會(huì)造成該位置塞孔的飽滿度很差。所以在墊板制作的時(shí)候，要想辦法克服大面積的空位的問題，目前最好的做法是使用2mm厚的墊板，只鉆墊板的2/3深度。

在印刷的過程中，最重要的是控制好印刷的壓力與速度，一般來說，縱橫比越大，孔徑越小的板，要求的速度越慢，壓力要求越大?？刂戚^慢的速度對(duì)于塞孔氣泡的改善而言效果最好。

4.4.4 真空樹脂塞孔機(jī)的塞孔工藝

由于真空樹脂塞孔機(jī)昂貴的價(jià)格，以及其設(shè)備使用和維護(hù)技術(shù)的保密性，目前能夠使用這種技術(shù)的PCB廠家屈指可數(shù)。

VCP真空樹脂塞孔機(jī)的塞孔技術(shù)主要是它有一個(gè)油墨夾和兩個(gè)可以橫動(dòng)的塞控頭，塞孔頭里有許多的小孔。在設(shè)備抽好真空后，用活塞將油墨夾里的油墨推至塞孔頭里的小孔，兩個(gè)橫動(dòng)塞孔頭先夾緊板子，然后通過塞孔頭里許多小孔把油墨填入板子上的通孔或盲孔。板子垂直掛在真空廂內(nèi)，橫動(dòng)的塞孔頭可以向下移動(dòng)，直到把板里面的孔填滿樹脂為止?？梢哉{(diào)節(jié)塞孔頭與油墨的壓力來滿足塞孔飽滿度的要求，不同的板子尺寸可以使用不同大小的塞孔頭來塞孔。塞孔完成后，可以用刮刀漿塞孔油墨刮下再添加入塞孔油墨夾，重復(fù)利用。

目前還有一類真空塞孔機(jī)是借助于絲網(wǎng)進(jìn)行印刷，采用CCD對(duì)位系統(tǒng)對(duì)位，其操作類似于普通絲印，但是多了一道真空塞孔的流程。此類塞孔機(jī)塞孔的效果最好，但是因?yàn)榘嘿F的設(shè)備投資，目前還沒有得到廣泛的應(yīng)用。

使用真空塞孔機(jī)對(duì)于解決樹脂的氣泡問題無疑是最好的方法，塞孔油墨的選擇基本上也不會(huì)受工藝所限制。但是因?yàn)檎迕娑加袠渲o樹脂的清除造成了很大的困難。需要借助良好的打磨機(jī)共同使用。

4.4.5 樹脂塞孔后的打磨

A. 不織布磨板機(jī)或者砂帶研磨機(jī)是做樹脂塞孔的必不可少的設(shè)備，一方面要求設(shè)備要能有效的除掉板面的樹脂，另一方面也要求銅面的粗糙度不能有擦花、刮痕等問題。

5．樹脂塞孔常見的品質(zhì)問題及其改進(jìn)方法

5．1 對(duì)于POFV產(chǎn)品

5.1.1 常見的問題

A、孔口氣泡B、塞孔不飽滿C、樹脂與銅分層

5.1.2 導(dǎo)致的后果

孔口上面沒有辦法做出焊盤；孔口藏氣，芯片貼裝吹氣，也叫out-gassing

孔內(nèi)無銅

焊盤突起，導(dǎo)致貼不上元器件或元器件脫落

5.1.3 預(yù)防改善措施

選用合適的塞孔油墨，控制油墨的存放條件和保質(zhì)期，

規(guī)范的檢查流程，避免貼片位孔口有空洞的出現(xiàn)。即便能倚靠過硬的塞孔技術(shù)和良好的絲印條件來提高塞孔的良率，但是萬分之一的幾率也能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，有時(shí)僅僅因?yàn)橐粋€(gè)孔的空洞造成孔上沒有焊盤而報(bào)廢實(shí)在可惜。這就只能通過檢查來找出空洞的位置并進(jìn)行修理的動(dòng)作。當(dāng)然，檢查樹脂塞孔的空洞問題歷來也被人們所探討，但似乎目前還沒有什么好的設(shè)備能解決這一問題。而如何能讓人工檢查判斷的準(zhǔn)確性更高，也有許多不同的做法。

選擇合適的樹脂，尤其是材料Tg和膨脹系數(shù)的選擇，合適的生產(chǎn)流程以及合適的除膠參數(shù)，方能避免焊盤與樹脂受熱后脫離的問題。

對(duì)于樹脂與銅分層的問題，我們發(fā)現(xiàn)孔表面的銅厚厚度大于15um時(shí)，此類樹脂與銅分層的問題可以得到極大的改善。（如下圖）

5.2 內(nèi)層HDI埋孔,盲孔塞孔樹脂塞孔

5.2.1 常見的問題

爆板

盲孔樹脂突起

孔無銅

5.2.2 導(dǎo)致的后果

不用說，以上的幾個(gè)問題都直接導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢。樹脂的突起往往造成線路不平而導(dǎo)致開短路問題。

5.2.3 預(yù)防改善措施

控制內(nèi)層HDI塞孔的飽滿度是預(yù)防爆板的必要條件；如果選用在線路以后進(jìn)行塞孔，則要控制好塞孔到壓合之間的時(shí)間和板面的清潔性。

樹脂的突起控制需要控制好樹脂的打磨和壓平；

5.3 對(duì)于通孔的塞孔，問題相對(duì)少一些，在此不做特別討論。

6、樹脂塞孔技術(shù)的推廣

隨著樹脂塞孔技術(shù)應(yīng)用的熟練度不斷的提高，以及類似于氣泡等頑固問題的有效解決，樹脂塞孔技術(shù)在不斷的被推廣。例如HDI盲孔進(jìn)行樹脂塞孔填膠，疊層HDI結(jié)構(gòu)的內(nèi)層HDI埋孔VIP工藝等等。

目前在行業(yè)通行的標(biāo)準(zhǔn)（IPC-650）里面，似乎還沒有給出對(duì)于樹脂塞孔的孔上面銅厚的要求，潛在的風(fēng)險(xiǎn)是，一旦樹脂塞孔的孔上面電鍍的銅厚偏薄，經(jīng)過內(nèi)層HDI線路的表面處理，棕化處理以后，孔口上面的薄薄的銅會(huì)有被激光鉆孔鉆穿的可能，而且在電測(cè)試時(shí)是無法判定其有問題的。但這層薄薄的銅在耐高壓等方面的品質(zhì)著實(shí)讓人擔(dān)憂。

在此問題上，根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如能保證埋孔上面的銅厚大于15um，符合Hoz的完成銅厚要求，一般不會(huì)出現(xiàn)品質(zhì)異常。當(dāng)然，如果客戶有更高的導(dǎo)通要求，則另當(dāng)別論。

結(jié)論

樹脂塞孔的技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)逐漸的被許多用戶所接受，并不斷的在一些高端產(chǎn)品上發(fā)揮其不可或缺的作用。尤其是在盲埋孔、HDI、厚銅等產(chǎn)品上已經(jīng)在廣泛的應(yīng)用，這些產(chǎn)品涉及到了通訊、軍事、航空、電源、網(wǎng)絡(luò)等等行業(yè)。作為PCB產(chǎn)品的制造者，了解了樹脂塞孔工藝的工藝特點(diǎn)，應(yīng)用方法，我們還需要不斷的提高樹脂塞孔產(chǎn)品的工藝能力，提升產(chǎn)品的品質(zhì)，解決此類產(chǎn)品的相關(guān)工藝問題，真正用好并推廣此類技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高技術(shù)難度PCB產(chǎn)品的制作。